CN102945802A

CN102945802A - 湿法刻蚀装置及其刻蚀方法

Info

Publication number: CN102945802A
Application number: CN2012104961973A
Authority: CN
Inventors: 邓镭
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: CN102945802B

Abstract

一种湿法刻蚀装置，包括：刻蚀槽；膜厚测试装置，采用光学测量模式，并可对位于所述刻蚀槽中的待刻蚀晶圆之指定待测位置进行定位，且对所述待刻蚀晶圆之指定待测位置的膜厚在刻蚀过程中进行实时监控；刻蚀控制装置，具有预定设置的预设膜层厚度，并可将所述膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆之指定待测位置进行监控的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度进行比较。本发明所述的湿法刻蚀装置克服了由于刻蚀溶液溶度变化带来的刻蚀速率变化的影响，以及前工艺带来的晶圆之间膜厚不一致的影响，使每批次晶圆的刻蚀后膜厚都与设定值一致，从而达到精确控制刻蚀量的目的并且可以改善不同批次的晶圆之间的刻蚀量的不稳定性。

Description

湿法刻蚀装置及其刻蚀方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种湿法刻蚀装置及其刻蚀方法。

背景技术

半导体制造工艺是一种平面制造工艺，该工艺结合光刻、刻蚀、沉积、离子注入多种工艺，需要在同一衬底上形成大量各种类型的复杂器件，并将其互相连接以具有完整的电气性能。其中，任一工艺出现偏差，都将会造成电路的性能参数偏离设计值。目前，随着超大规模集成电路的器件特征尺寸不断缩小，集成度不断提高，对各步工艺的控制及其工艺结果的精确度提出了更高的要求。

以刻蚀工艺为例，集成电路制造中，常需要利用刻蚀技术形成各种刻蚀图案，如接触孔、通孔图形，沟槽隔离图形或栅极图形，如果因控制不当使上述刻蚀图形的特征尺寸出现偏差，则将直接影响到电路的性能，降低产品的成品率。

湿法刻蚀是现代半导体制造中不可或缺的一道工艺。所述湿法刻蚀在芯片制造过程中主要有如下作用，其一是清洗晶圆，减少晶圆的污染和缺陷；其二是非选择性刻蚀某些特定的薄膜，典型性的列举，如在浅沟槽隔离工艺中氮化硅牺牲层的刻蚀，以及浅沟槽隔离中台阶高度（step height）氧化物膜的调节刻蚀等。

对于薄膜刻蚀而言，随着半导体器件的缩小，对于刻蚀稳定性和精确度的要求越来越高。例如在所述浅沟槽隔离中台阶高度（step height）氧化物膜的调节刻蚀中，其刻蚀量的多少将直接影响浅沟槽隔离台阶的高度，而台阶的高度最终又会影响器件的性能。因此，精确的控制薄膜的刻蚀量成为半导体器件制造中的一种必然要求。

目前薄膜的刻蚀方法通常是把晶圆浸泡在刻蚀溶液中，通过化学反应腐蚀掉晶圆表面的薄膜。刻蚀时间根据需要的刻蚀量除以刻蚀速率预先得出。但是，所述常规刻蚀方法具有几个缺点：第一、刻蚀速率往往是在没有图形的晶圆上取得的，其速率往往与具有图形的晶圆刻蚀速率不完全一致。因此，最终的刻蚀量往往与目标刻蚀量有一定的偏差，影响刻蚀的精度。第二、随着刻蚀晶圆的增多，刻蚀槽内刻蚀溶液的浓度会发生变化，而浓度的变化又会导致实际刻蚀速率的变化。因此，在刻蚀时间不改变的情况下，不同批次间的晶圆之间会有刻蚀量的变化。第三、不同批次的晶圆与晶圆之间膜厚总会有一定的差异，但是由于刻蚀时间是预先计算好固定不变的，因此湿法刻蚀不能根据膜厚的不同来调整刻蚀量，从而导致刻蚀后晶圆间的膜厚差异难以缩小。

为此，寻求一种可精确控制湿法刻蚀工艺的装置和控制方法成为本领域亟待解决的问题之一。

故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种湿法刻蚀装置及其刻蚀方法。

发明内容

本发明是针对现有技术中，传统的湿法刻蚀装置容易因刻蚀速率、刻蚀溶液浓度等因素影响，造成刻蚀精度低，且不同批次晶圆刻蚀的不稳定性等缺陷提供一种湿法刻蚀装置。

本发明的又一目的是针对现有技术之缺陷，提供一种湿法刻蚀装置的刻蚀方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种湿法刻蚀装置，所述湿法刻蚀装置包括：刻蚀槽，所述刻蚀槽容置所述刻蚀溶液；膜厚测试装置，所述膜厚测试装置采用光学测量模式，并可对位于所述刻蚀槽中的待刻蚀晶圆之指定待测位置进行定位，且对所述待刻蚀晶圆之指定待测位置的膜厚在刻蚀过程中进行实时监控；刻蚀控制装置，所述刻蚀控制装置具有预定设置的预设膜层厚度，并可将所述膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆之指定待测位置进行监控的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度进行比较。

可选地，所述刻蚀槽一侧设置观察窗。

可选地，所述膜厚测试装置设置在所述刻蚀槽之观察窗一侧。

可选地，所述膜厚测试装置设置在所述刻蚀槽之刻蚀溶液内。

可选地，所述膜厚测试装置用于对氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅的其中之一单层或者其叠加膜层进行厚度测量。

可选地，所述膜厚测试装置以大于1Hz的固定频率的脉冲信号量测所述待刻蚀晶圆之指待测位置的膜厚。

可选地，所述湿法刻蚀装置用于单枚刻蚀机台或者批刻蚀机台。

为实现本发明之又一目的，本发明提供一种湿法刻蚀装置的刻蚀方法，所述刻蚀方法包括：

执行步骤S1：所述膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆之指定待测位置进行定位；

执行步骤S2：所述湿法刻蚀装置对所述待刻蚀晶圆之指定待测位置进行刻蚀，在刻蚀过程中，所述膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆之指定待测位置的膜层厚度进行实时监控；

执行步骤S3：所述刻蚀控制装置将所述膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆之指定待测位置进行监控的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度进行比较，当所述待刻蚀晶圆之指定待测位置的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度相等时，则所述刻蚀控制装置将控制所述湿法刻蚀装置停止刻蚀。

可选地，所述膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆的指定测量位置进行定位是在所述待刻蚀晶圆刻蚀之前进行定位，并在定位完成之后和刻蚀完成之前，所述膜厚测量装置与所述待刻蚀晶圆保持同步运动，所述膜厚测试装置与所述待刻蚀晶圆具有恒定的相对位置，以确保所述膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆的指定待测试位置之膜厚进行实时监控。

可选地，所述膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆的指定待测试位置之膜厚进行实时监控，是通过所述膜厚测试装置以固定频率的脉冲信号量测所述待刻蚀晶圆之指待测位置的膜厚。

可选地，所述固定脉冲频率大于1Hz。

综上所述，本发明所述的湿法刻蚀装置，通过膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆的指定待测位置之膜厚进行定位和实施监控，并通过刻蚀控制装置自动的终止刻蚀，克服了由于刻蚀溶液溶度变化带来的刻蚀速率变化的影响以及前道工艺带来的晶圆间膜厚不一致的影响，使每批次晶圆的刻蚀后膜厚都与设定值一致，从而达到精确控制刻蚀量的目的并且可以改善不同批次的晶圆之间的刻蚀量的不稳定性。

附图说明

图1所示为本发明第一湿法刻蚀装置的结构示意图；

图2所示为本发明第一湿法刻蚀装置的控制方法之流程图；

图3所示为本发明第二湿法刻蚀装置的结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

第一实施方式

请参阅图1，图1所示为本发明第一湿法刻蚀装置的结构示意图。所述第一湿法刻蚀装置1包括容置所述刻蚀溶液11的第一刻蚀槽12，所述第一刻蚀槽12一侧设置透明的观察窗121；膜厚测试装置13，所述膜厚测试装置13采用光学测量模式，设置在所述第一刻蚀槽12之观察窗121一侧，并可通过所述观察窗121对位于所述第一刻蚀槽12中的待刻蚀晶圆10之指定待测位置进行定位，且对所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置的膜厚在刻蚀过程中进行实时监控；刻蚀控制装置14，所述刻蚀控制装置14具有预定设置的预设膜层厚度，并可将所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置进行监控的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度进行比较，当所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度相等时，则所述刻蚀控制装置14将控制所述第一湿法刻蚀装置1停止刻蚀。

其中，所述膜厚测试装置13可对包括但不限于氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅的其中之一单层或者其叠加膜层进行厚度测量。在本发明中，具体地，所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10的指定测量位置进行定位是在所述待刻蚀晶圆10刻蚀之前进行定位，并在定位完成之后和刻蚀完成之前，所述膜厚测量装置13与所述待刻蚀晶圆10保持同步运动，所述膜厚测试装置13与所述待刻蚀晶圆10具有恒定的相对位置，以确保所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10的指定待测试位置之膜厚进行实时监控。

进一步地，所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10的指定待测试位置之膜厚进行实时监控，可通过所述膜厚测试装置13以固定频率的脉冲信号量测所述待刻蚀晶圆10之指待测位置的膜厚。其中，任一脉冲信号对应一个实时监测的实际膜厚。容易理解地，所述脉冲信号的固定频率可以根据需要进行设定。在本发明中，优选地，所述固定脉冲频率大于1Hz。

明显地，本发明所述具有膜厚测试装置13和刻蚀控制装置14的第一湿法刻蚀装置1不限于单枚刻蚀机台使用，也可适于批刻蚀机台使用。本技术领域的技术人员容易理解，对于所述批刻蚀机台，对所述待刻蚀晶圆10的测量限于第一待刻蚀晶圆，所述刻蚀时间取决于所述第一待刻蚀晶圆的刻蚀结果。

作为本领域的技术人员，可不进行创造性工作便可知晓地，所述膜厚测试装置13和刻蚀控制装置14可转用在其它工艺模块中，非限制性的列举，如化学机械研磨中的实时制程监控系统，可在研磨过程中时间监测膜厚并且反馈给控制系统14，当所述实际膜厚达到预设值时，所述控制系统14便自动终止研磨。

请参阅图2，并结合参阅图1，图2所示为本发明第一湿法刻蚀装置的控制方法之流程图。所述第一湿法刻蚀装置1的控制方法，包括：

执行步骤S1：所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置进行定位；

具体地，所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10的指定测量位置进行定位是在所述待刻蚀晶圆10刻蚀之前进行定位，并在定位完成之后和刻蚀完成之前，所述膜厚测量装置13与所述待刻蚀晶圆10保持同步运动，所述膜厚测试装置13与所述待刻蚀晶圆10具有恒定的相对位置，以确保所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10的指定待测试位置之膜厚进行实时监控。

执行步骤S2：所述第一湿法刻蚀装置1对所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置进行刻蚀，在刻蚀过程中，所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置的膜层厚度进行实时监控；

具体地，所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10的指定待测试位置之膜厚进行实时监控，可通过所述膜厚测试装置13以固定频率的脉冲信号量测所述待刻蚀晶圆10之指待测位置的膜厚。其中，任一脉冲信号对应一个实时监测的实际膜厚。容易理解地，所述脉冲信号的固定频率可以根据需要进行设定。在本发明中，优选地，所述固定脉冲频率大于1Hz。

执行步骤S3：所述刻蚀控制装置14将所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置进行监控的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度进行比较，当所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度相等时，则所述刻蚀控制装置14将控制所述第一湿法刻蚀装置1停止刻蚀。

第二实施方式

所述第二实施方式与所述第一实施方式不同之处在于所述第二湿法刻蚀装置之膜厚测试装置容置在所述第二刻蚀槽的刻蚀溶液中对所述待刻蚀晶圆之指定测试位置进行定位和膜厚实时监控。第二实施方式与第一实施方式相同的部件采用相同的数字编号，相同的工作原理不予赘述。

请参阅图3，图3所示为本发明第二湿法刻蚀装置的结构示意图。所述第二湿法刻蚀装置2包括容置所述刻蚀溶液11的第二刻蚀槽21；膜厚测试装置13，所述膜厚测试装置13采用光学测量模式，设置在所述第二刻蚀槽21之刻蚀溶液11内，并可对位于所述第二刻蚀槽21中的待刻蚀晶圆10的指定待测位置进行定位，且对所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置的膜厚在刻蚀过程中进行实时监控；刻蚀控制装置14，所述刻蚀控制装置14具有预定设置的预设膜层厚度，并可将所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置进行监控的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度进行比较，当所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度相等时，则所述刻蚀控制装置14将控制所述第二湿法刻蚀装置2停止刻蚀。

进一步地，所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10的指定待测试位置之膜厚进行实时监控，可通过所述膜厚测试装置13以固定频率的脉冲信号量测所述待刻蚀晶圆10之指定测试位置的膜厚。其中，任一脉冲信号对应一个实时监测的实际膜厚。容易理解地，所述脉冲信号的固定频率可以根据需要进行设定。在本发明中，优选地，所述固定脉冲频率大于1Hz。

明显地，本发明所述具有膜厚测试装置13和刻蚀控制装置14的第二湿法刻蚀装置2不限于单枚刻蚀机台使用，也可适于批刻蚀机台使用。本技术领域的技术人员容易理解，对于所述批刻蚀机台，对所述待刻蚀晶圆10的测量限于第一待刻蚀晶圆，所述刻蚀时间取决于所述第一待刻蚀晶圆的刻蚀结果。

作为本领域的技术人员，可不进行创造性工作便可知晓地，所述膜厚测试装置13和控制装置14可转用在其它工艺模块中，非限制性的列举，如化学机械研磨中的实时制程监控系统，可在研磨过程中时间监测膜厚并且反馈给控制系统14，当所述实际膜厚达到预设值时，所述控制系统14便自动终止研磨。

请参阅图2，并结合参阅图3，图3所示为本发明第二湿法刻蚀装置的结构示意图。所述第二湿法刻蚀装置2的控制方法，包括：

执行步骤S2：所述第二湿法刻蚀装置2对所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置进行刻蚀，在刻蚀过程中，所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置的膜层厚度进行实施监控；

执行步骤S3：所述刻蚀控制装置14将所述膜厚测试装置13对所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置进行监控的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度进行比较，当所述待刻蚀晶圆10之指定待测位置的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度相等时，则所述刻蚀控制装置14将控制所述第二湿法刻蚀装置2停止刻蚀。

综上所述，本发明所述的湿法刻蚀装置，通过膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆的指定待测位置之膜厚进行定位和实施监控，并通过刻蚀控制装置自动的终止刻蚀，克服了由于刻蚀溶液溶度变化带来的刻蚀速率变化的影响以及前道工艺带来的晶圆之间膜厚不一致的影响，使每批次晶圆的刻蚀后膜厚都与设定值一致，从而达到精确控制刻蚀量的目的并且可以改善不同批次的晶圆之间的刻蚀量的不稳定性。

本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims

1.一种湿法刻蚀装置，其特征在于，所述湿法刻蚀装置包括：

刻蚀槽，所述刻蚀槽容置所述刻蚀溶液；

膜厚测试装置，所述膜厚测试装置采用光学测量模式，并可对位于所述刻蚀槽中的待刻蚀晶圆之指定待测位置进行定位，且对所述待刻蚀晶圆之指定待测位置的膜厚在刻蚀过程中进行实时监控；

刻蚀控制装置，所述刻蚀控制装置具有预定设置的预设膜层厚度，并可将所述膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆之指定待测位置进行监控的实际膜厚和所述预定设置的预设膜层厚度进行比较。

2.如权利要求1所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述刻蚀槽一侧设置观察窗。

3.如权利要求2所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述膜厚测试装置设置在所述刻蚀槽之观察窗一侧。

4.如权利要求1所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述膜厚测试装置设置在所述刻蚀槽之刻蚀溶液内。

5.如权利要求1所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述膜厚测试装置用于对氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅的其中之一单层或者其叠加膜层进行厚度测量。

6.如权利要求1所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述膜厚测试装置以大于1Hz的固定频率的脉冲信号量测所述待刻蚀晶圆之指待测位置的膜厚。

7.如权利要求1所述的湿法刻蚀装置，其特征在于，所述湿法刻蚀装置用于单枚刻蚀机台或者批刻蚀机台。

8.如权利要求1所述的湿法刻蚀装置的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀方法包括：

9.如权利要求8所述的湿法刻蚀装置的刻蚀方法，其特征在于，所述膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆的指定测量位置进行定位是在所述待刻蚀晶圆刻蚀之前进行定位，并在定位完成之后和刻蚀完成之前，所述膜厚测量装置与所述待刻蚀晶圆保持同步运动，所述膜厚测试装置与所述待刻蚀晶圆具有恒定的相对位置，以确保所述膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆的指定待测试位置之膜厚进行实时监控。

10.如权利要求8所述的湿法刻蚀装置的刻蚀方法，其特征在于，所述膜厚测试装置对所述待刻蚀晶圆的指定待测试位置之膜厚进行实时监控，是通过所述膜厚测试装置以固定频率的脉冲信号量测所述待刻蚀晶圆之指待测位置的膜厚。

11.如权利要求10所述的湿法刻蚀装置的刻蚀方法，其特征在于，所述固定脉冲频率大于1Hz。